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    iPhone 使用的「液态金属」指的是什么?添加时间:2023-10-12

      AG平台真人 真人AG 平台官网AG平台真人 真人AG 平台官网AG平台真人 真人AG 平台官网,因为他们两个的答案最初看到觉得完全矛盾,后来仔细查询了,才发现他们两个人都是说的对的,只是受限于环境,都没有说全面而已。看得出来,张茂同学确实是研究液态金属的,但是由于没有接触到iPhone的生产过程,所以不明白iPhone的液态金属用在了何处,而张一刘先生则是接触了iPhone的外壳生产,所以能够具体到Al所用型号(感谢张先生透露的这一点点信息,足够我完成查证了),但是因为iPhone生产部件的代工厂分布过散,张先生一样没有知道液态金属的应用部件。

      Amorphous Alloy就是iPhone所用材料的统称,其中Amorphous是指的非晶态的,Alloy则是指的合金。而这一材料由于生产困难,工艺要求高,并没有能够用于iPhone的外壳,而是用在了iPhone的SIM卡托取卡针部分。这一部分,是由美国LiquidMetal公司生产(液态金属名称的由来),所以可能张先生没有接触到。

      这就是非晶态金属的真身了,在没有接触过之前,很多人会误以为液态金属长成这样:

      即硬度,被描述为材料抵抗永久性损坏(刺穿、缺损)的能力。说白了,就是你手机哐当一下掉地上,拿起来的时候,外壳上有没有划痕。

      这中间,损坏这个种类,初中老师也说了(初中老师好伟大...),分为Elastic Deformation(弹性形变)和Plastic Deformation(塑性形变)。

      初中老师这个时候不管用了,因为初中知识只能告诉你,受力超过了材料的弹性限度,物体就发生塑性形变了,那么,为什么?

      认真点说,这叫原子发生永久性位移,那么位移发生之后,为什么材料会改变性质和形状呢?

      这个Cristallinity是什麽,其实就是元素中,原子排列的形式,我们可以想象,金属内部如果放大,不会是乱成一锅粥的,这是它的天然属性,即有Distinct crystal lattice structure。但是,并非所有的物体,都有这个Distinct crystal lattice structure,比如玻璃、陶瓷等等Ceramics(无机非金属)材料或者Polymers(有机高分子)材料。

      这个时候,看到Amorphous,应该知道我们的液态金属Amorphous Alloy属于哪一类了吧?

      回到之前的Cristallinity,为什么要提及这个Cristallinity,因为它决定了原子排列的有序程度,而根据生活常识,我们知道,一间房间越有序,是不是要想让它变得混乱越容易?

      首先根据图片在脑袋中想象一下,不要单纯的只看一张图,要尝试想象大量同样的结构拼接之后会怎么样,然后我分别解释一下:

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      因为是以一个原子为中心的正方体,所以很多的类似结构组合之后,会出现大量原子Overlap(应该翻译为重叠),因为每一个原子,都可以作为周围8个原子的中心。所以!!!每一个原子的各个方向的受力都是均匀的,因此需要更大的力使其发生Plastic Deformation(塑性形变),因此,Hardness很高(但是不比Ceramic高,原因等会说)。同样的,它的Strong和Tough都很强,但是,这就导致了这一结构的金属Ductility(延展性)并不是很强,三种结构中,属于中间水平。

      主要为这一结构的材料,是Steel(钢)(含铁),为什么我要用英文,因为之后会有钢的表示法。

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      可以想象的出,因为不存在BCC中的重叠结构,那么内部受力就是不均匀的。内部出现矛盾,表现出来就是容易瓦解。也导致它存在大量的Slip Planes(在知乎上提过问,翻译过来应该是滑移面),这个Slip Planes等下说。因此,它的硬度比BCC要低,Strong和Tough也都要低些,但是反过来,它的Ductility很好,适于成型和加工。

      记住这两个主要材料的分类,就可以记住这两个结构BCC和FCC的大概性质。

      这个很特殊,中间层和上下层不链接,上下为FCC,中间为BCC,所以它有BCC的硬度,Strong和Tough。你以为它结合了BCC和FCC的全部优点吗?你真是想太多啊...如果真的有,那我们就可以一起造钢铁侠了...它的缺点,就是比BCC还低的Ductility,以至于可以用Brittle(质脆)形容性质。

      这些晶粒的形成,是这样来的,如同搅基一样,一开始是两个原子觉得合适,然后他们在一起了,这是正常的,之后遇到了第三个,觉得不错,三个人就在一起了,这就是3P,然后又走啊走,见到第四个人,顺理成章的,4P了,随着人数的增加,慢慢的就是5P,6P,7P……一直到100P,1000P都可以继续下去,大家一起搞来搞去就把事情搞大了。

      但是,随着人数的增加,每个人喜欢的姿势和角度都不一样(Alignments or Orientations),有的喜欢上下,有的喜欢前后,有的喜欢69,搞来搞去各种姿势扭曲在一起,就形成了A Polycrystalline Solid。但是,由于大家都是同一种东西,除了东南亚某些人种外,这个主要的结合部位(化学键)和方向(键角)基本还是一致的,这就保证了晶体结构基本还是在三个里面不停的转。

      这就是的社会...然后不同的大大小小(Size)社会因为外力和内力的原因在Grain Boundaries(晶界)碰到了一起,就有一次的一起...于是形成了上图所示的东西。

      因为毕竟大家口味不同,所以还是会有小小的不合适,所以存在这种Dislocations(错位):

      这里,我们知道,Carbon,即碳,可以和铁Fe在加热时,变成Fe3C,这个东西是一个很特殊的Intermetallic Compounds,硬度很高,但是基本没有Ductility。和铁混合后,能够极大的改变铁原有的性质,体现在Carbon含量越高,钢的硬度越高,但是质地越脆。

      比如1018 Steel,前两者10XX,是告诉我们刚里面有哪些元素(钢不止可以加碳,还可以加Chromium 铬增加硬度和抗腐蚀性、Copper 铜增加机械加工性、Manganese 锰降低易碎程度、Molybdenum 钼稳定碳化物并且阻止晶粒增大、Nickel 镍可以增加韧性和抗腐蚀性、Vanadium 钒可以在稳定韧性的同时增加强度)

      (写到这里去洗了个澡然后回来看到电脑上有页面顺手就关了...幸好有保存...吓死爸爸了...)

      Ferritic(铁素体不锈钢)— —含有大量的Chromium(铬),以至于不会变为Austenitic(奥氏体),价格低,抗氧化性好。

      Austenitic(奥氏体不锈钢)— —含有Nickel(镍),高韧性、高可塑性、低强度。

      Martensitic (马氏体不锈钢,谢谢@闻志恒)— —比Ferritic含铬量低,目前非均匀相(别问我相什么意思...又可以说一大截...简单来说就是均匀的、可定义结构的、可知化学成分的混合体或单质,比如空气,比如冰)中可制造的最硬的钢。

      我很明确告诉你,iPhone5外壳不是液态金属,它采用的是由金桥铝业生产的AL6063 T6型号铝合金(铝挤而成),通过数控机床加工型腔,外形,再注塑将上中下三个金属块连起来,再用数控机床加工,中间省略了(怕担上泄密罪名)最后阳极染色,这个外壳就加工好了。

      我能说液态金属阳极染色的工艺不行么,其实就是连AL7075 阳极染色都有问题。

      而第二个数字,表示合金中的元素或杂质极限含量的控制要求,如果第2位为0,则表示其杂质极限含量没有什么特殊的控制要求,如果是1~9,数字越大,控制的要求越多,一般情况下是0。

      所以,我们知道,iPhone 5所用的铝,是硅镁铝合金。为什么用了6063而非6061(强度更高),因为6063更适合挤压后抛光和阳极氧化上色。

      想象一下两个人(当然可以是3个4个甚至更多人)在一起获得生命的大和谐时,你们身下的那张床和床垫...

      也就是,你和你女朋友获得生命的大和谐时,床垫里面的弹簧分散向各个部分的力。

      )的点,这个点,就是材料内部原子开始(一定注意是开始)从原始位置移动到新位置的点。(也就是上图中两条线的焦点)

      好了废话说了一大堆,开始正式的说Amorphous Alloy(非晶态金属,俗称液态金属)是个啥子玩意了...

      看过金刚狼的孩子们应该记得,金刚狼的身体里,被改造后是大量的超高密度合金(和美国队长的盾牌一样),在电影里,有这么一段对话:

      前面留了个坑,这个金属冷却的速率和温度都是改变金属性质的重要元素对吧?那么,速率有哪几种?

      Heat Treatment是一种方法,用于改变金属晶粒大小,但是这种加热并非唯一的方法,为什么?因为加热是为金属原子提供能量,是不是?只要能够提供能量,是不是我们也可以改变?

      导致在Grain boundaries区域,内部的Stress(应力)急剧增大(现在知道为什么前面反复强调应力是内部的了吧?)

      随着应变的增大,应力增大,然后Grains数量增加,大小减小,金属材料的整体Ductility(延展性)下降(可以试试掰回形针,掰断以后你会发现断裂处很坚硬)

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      如果此时Plactic Deformation继续下去,那么就会造成材料的Fracture。

      这个时候,如果在第9步之前,我们为材料加热,热能会提供足够的能量给晶粒,以形成新的晶粒,那么就可以降低内部应力,提高Ductility,材料不至于断裂,但是却被细分的足够小。

      现在回到之前提到的三种速率,不同的速率,会对同一种材料,造成截然不同的结果:

      融化材料后,在烘箱中冷却(比如,针对AL6061-O可以从940摄氏度每隔3个小时下降10度),为原子形成晶粒提供足够的热量和时间,以形成足够大、整齐的晶粒。

      通过放在一些温度较低的媒介里,来达到急速降温的目的,比如:水、油、金属、沙子、高分子化合物等等...

      好的,到这里,我们大概知道了,如果给金属的温度越高,冷却金属的速率越快,金属就会有越小的晶粒和越少的晶粒结构,直接影响就是越高的硬度和越低的Ductility(延展性),反之则是更低的硬度和更高的延展性。

      是Amorphous Alloy,非晶态合金,也就是说没有晶态结构,根本就没有晶粒,所以延展性低,但是相反的,硬度却极高,类似玻璃。那么为什么不用玻璃呢?因为玻璃基本没有延展性...Amorphous Alloy虽然延展性低,但它依旧保留了部分的金属特性,包括有一定的延展性,只是针对常规晶态合金而言,低了不少。

      这样的材料,用来做手机的外壳是相当合适的,既有超高的硬度(2.5倍于钛合金,1.5倍于不锈钢),又有一定的延展性不至于像玻璃一样稍微施加外力就会破碎,而且保持很轻的重量。但是问题在于成本过高,工艺要求高:

      解释一下,之前我们提到了Martensite是通过Quenched极冷铸造而成,那么假设一下,如果直接在金属保持900度以上高温的时候,瞬间降温会是什么结果?那么我们可以得到根本就是无序原子构成的合金,硬度也会远强于钢。

      第二个问题是:面对大块的金属,怎么让金属内部和外部同时均匀、急速的冷却?这就是为什么苹果至今仍然没有将iPhone和iPad的外壳采用液态金属的原因。

      当然,理想总是好的,现实总是残酷的,我们现在也只能在iPhone的取卡针上看到液态金属的存在,希望有一天,不管是谁,能够找到相对简易的铸造方法,那个时候,也许21世纪就不会是“钛”的世纪而会是“液态金属”的世纪了。

      我是深圳富士康打杂工一枚,我们部门负责iPhone系列产品外壳制程开发。

      我很明确告诉你,iPhone5外壳不是液态金属,它采用的是由金桥铝业生产的AL6063 T6型号铝合金(铝挤而成),通过数控机床加工型腔,外形,再注塑将上中下三个金属块连起来,再用数控机床加工,中间省略了(怕担上泄密罪名)最后阳极染色,这个外壳就加工好了。

      我能说液态金属阳极染色的工艺不行么,其实就是连AL7075 阳极染色都有问题。

      Zr基做成了取卡器,Fe基勉强做了点变压器。有时间科普,不如多做点实验。

      所谓液态金属即非晶态金属,有时又称作“金属玻璃”,普通金属(合金)一般为晶态结构,而液态金属即为非晶态结构。制造时是通过高温下的液态金属合金通过骤冷,其中的原子来不及运动到晶态结构的构型而呈现无规则排列,因而与通常金属合金相比具有一些特殊的性质,如硬度增大,耐腐蚀等。

      而据我所知,iPhone应该直接是一体化成型的铣削冲压技术的镁铝合金(猜测,未作细致考察),外层为阳极氧化铝。所谓阳极氧化铝即是通过阳极氧化,用类似电解的方法(电解槽的阳极,金属铝变成氧化铝),但阳极氧化技术只能做成薄层,而且苹果所用的 工艺并没有特别成熟,才会出现掉漆现象。